壓路機用齒輪泵實現(xiàn)雙振動頻率的方法

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壓路機在作業(yè)時，振幅和頻率是兩個關(guān)鍵的參數(shù)，正確匹配這兩個參數(shù)，才能取得良好的壓實效果。一般對深鋪層填方壓實用大振幅低頻率，而對較薄的鋪裝層用小振幅高頻率；或是壓實大顆粒料用大振幅低頻率，壓實小顆粒用小振幅高頻率。大振幅低頻率能有效地壓實鋪層底部，壓過幾遍之后改用小振幅高頻率提高表層的密實度，因為鋪層材料壓實度提高后有硬化的趨勢，如果仍使用大振幅會使振動輪“彈跳”，不利于表層壓實。因此，振動壓路機具備雙振動頻率功能是非常重要的。

1 現(xiàn) 狀

振動壓路機一般是采用變量柱塞泵和柱塞馬達組成的閉式液壓振動系統(tǒng)，靠變量柱塞泵的變排量功能實現(xiàn)馬達的雙頻率，其原理圖如圖1。

圖1 中，變量柱塞泵從油箱吸油，通過電氣開關(guān)信號讓控制閥的a 或者b 帶電，從而控制變量柱塞泵的斜盤擺至最大排量處，輸出的壓力油進入柱塞馬達，柱塞馬達帶動振動機構(gòu)旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)壓路機的振動。變量柱塞泵的斜盤兩個方向的最大擺角可以調(diào)節(jié)，對應(yīng)的最大排量就會不同，這樣從泵的A 口和B 口輸出的流量不一樣，對應(yīng)的柱塞馬達的輸出轉(zhuǎn)速就不一樣，從而實現(xiàn)振動機構(gòu)的雙頻率。但這套系統(tǒng)中的閉式變量柱塞泵和柱塞馬達主要采用進口件，不僅價格高，而且供貨周期長，與齒輪泵相比抗污染能力差，維修成本高。

圖1 閉式液壓振動系統(tǒng)原理圖

為了克服上述缺點，研究人員開始研究如何采用齒輪泵實現(xiàn)雙振動頻率。下面介紹兩種可行的方案。

2 新方案一

采用普通的齒輪泵，與齒輪馬達、振動閥組組成開式液壓振動系統(tǒng)，其原理圖如圖2 所示。

圖2 中，齒輪泵從油箱吸油，通過電氣開關(guān)信號讓電磁換向閥帶電，經(jīng)過液控換向閥進入到齒輪馬達，齒輪馬達帶動振動機構(gòu)旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)壓路機的振動。

圖2 開式液壓振動系統(tǒng)原理圖（普通齒輪泵）

由于齒輪泵的排量是固定的，發(fā)動機穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)速時，只能輸出固定的流量，所以對應(yīng)齒輪馬達的輸出轉(zhuǎn)速就是固定的。需要說明的是，振動壓路機在振動作業(yè)的時候，要求發(fā)動機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在一個值上，這樣才能保證振動頻率的穩(wěn)定性，從而保證壓實效果的穩(wěn)定性。

壓路機的振動頻率f

式中n——發(fā)動機轉(zhuǎn)速，rpm；

Vp——齒輪泵排量，ml/r；

Vm——齒輪馬達排量，ml/r；

ηp——齒輪泵容積效率；

ηm——齒輪馬達容積效率。

該方法是讓發(fā)動機采用兩個輸出轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)雙振動頻率：一個高轉(zhuǎn)速n1，驅(qū)動齒輪泵輸出大流量實現(xiàn)高頻率f1；另一個低轉(zhuǎn)速n2，驅(qū)動齒輪泵輸出小流量實現(xiàn)低頻率f2。一般振動壓路機的兩個頻率值相差不是很大，并不需要發(fā)動機的低轉(zhuǎn)速n2定在一個很低的值。但這樣仍然會帶來兩個問題，一是不同的輸出轉(zhuǎn)速對應(yīng)的發(fā)動機能發(fā)揮的最大扭矩會不同，二是對應(yīng)的壓路機最高行駛速度會不同。分析振動壓路機的實際使用情況，在平穩(wěn)振動作業(yè)時通常不需要發(fā)動機發(fā)揮最大扭矩，也不需要最高行駛速度。尤其是對于采用液壓傳動的行走系統(tǒng)，行走泵的選型匹配完全可以彌補這一點。

因此，讓發(fā)動機采用兩個輸出轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)雙振動頻率的方法，在壓路機上已逐步開始使用。

3 新方案二

采用一種合流齒輪泵，與齒輪馬達、振動閥組組成開式液壓振動系統(tǒng)，其原理圖如圖3所示。

圖3 開式液壓振動系統(tǒng)原理圖（合流齒輪泵）

圖3 中，合流齒輪泵由2 個同軸齒輪泵（主齒輪泵和副齒輪泵）、電磁換向閥、合流閥、單向閥組成。當(dāng)電磁換向閥不帶電時，合流閥處于打開狀態(tài)，副齒輪泵輸出的液壓油直接流回吸油口，進入下一次供油循環(huán)，這時只有主齒輪泵輸出的液壓油經(jīng)過振動閥組進入齒輪馬達，單向閥阻止主齒輪泵輸出的油液進入副齒輪泵端，齒輪馬達帶動振動機構(gòu)旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)壓路機的低頻振動。當(dāng)電磁換向閥帶電時，合流閥處于關(guān)閉狀態(tài)，副齒輪泵輸出的液壓油打開單向閥，與主齒輪泵輸出的液壓油匯合，一起經(jīng)過振動閥組進入齒輪馬達，這時進入齒輪馬達的流量是2 個齒輪泵的輸出流量，齒輪馬達帶動振動機構(gòu)旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)壓路機的高頻振動。

此方案的優(yōu)點是發(fā)動機可以保持額定轉(zhuǎn)速不變，在高頻和低頻的切換中，不會影響發(fā)動機最大扭矩的發(fā)揮和壓路機的最高行駛速度。但合流齒輪泵的成本比方法一中的普通齒輪泵稍高一些。

4 結(jié)語

針對壓路機的雙頻率實現(xiàn)，本文提出了比閉式變量柱塞泵在成本、供貨期、抗污染能力、維修等方面更有優(yōu)勢的兩種齒輪泵新方案。對方案一和方案二的原理和實現(xiàn)方式做了詳細介紹，同時對兩種方案的優(yōu)缺點也分別做了分析，可以根據(jù)不同機型的技術(shù)參數(shù)要求選擇適合的方案。相信在今后的壓路機領(lǐng)域，這兩種方案將會被廣泛采納。